Les joints mécaniques ont besoin d'une infime fuite pour fonctionner correctement. Cette petite fuite contribue en réalité à lubrifier et à refroidir le faces d'étanchéité, ce qui les fait durer plus longtemps.

La formule de base du taux de fuite

La formule la plus courante pour calculer le taux de fuite d'une garniture mécanique est la suivante :

Q = (π × h³ × ΔP) / (6 × η × ln(r₂/r₁))

Où:

• Q = débit de fuite (m³/sec ou in³/sec)
• r₁ = rayon de la face intérieure (mm ou pouces)
• r₂ = rayon de la face extérieure (mm ou pouces)
• h = hauteur de l'espace entre les faces (μm ou μin)
• ΔP = différence de pression à travers le joint (Pa ou psi)
• η = viscosité dynamique du fluide (Pa·s ou lbf-sec/in²)
• ln = logarithme naturel

Cette formule fonctionne mieux lorsque les faces d’étanchéité fonctionnent sur un film liquide mince avec un contact minimal.

Exemple de calcul

Prenons un exemple réel :

Valeurs données :

• Rayon intérieur (r₁) = 26,98 mm
• Rayon extérieur (r₂) = 31,75 mm
• Hauteur de l'espace (h) = 0,254 μm
• Différence de pression (ΔP) = 1,8 MPa (1 800 000 Pa)
• Viscosité (η) = 0,001 Pa·s (eau à 20°C)

Étape 1 : Calculer ln(r₂/r₁)

ln(31,75/26,98) = ln(1,177) = 0,163

Étape 2 : Calculer h³

(0,254 × 10⁻⁶)³ = 1,638 × 10⁻²⁰ m³

Étape 3 : Assemblez le tout

Q = (3,14159 × 1,638 × 10⁻²⁰ × 1 800 000) / (6 × 0,001 × 0,163)

Q = 9,26 × 10⁻¹⁵ / 9,78 × 10⁻⁴

Q = 9,47 × 10⁻¹² m³/sec

Conversion en unités plus pratiques :

9,47 × 10⁻¹² m³/sec = 0,34 mL/heure

Formule alternative pour les cas particuliers

Pour les joints sous pression externe, vous pourriez voir cette formule plus complexe :

Q = 7,5 × 10⁻¹⁵ × (1 + 0,0013 × D)³ × n¹·⁹ × h⁻⁰·¹ × (k + pf)⁻⁰·⁹ × Dp⁰·¹

Cette formule inclut des facteurs supplémentaires tels que le diamètre de l'arbre (D), la vitesse (n) et la pression de la face (pf).

Fuite normale ou excessive

Qu'est-ce qui est considéré comme normal ? La plupart des joints mécaniques fuient entre 5 et 10 cm³/heure (centimètres cubes par heure) en fonctionnement normal. Cela représente environ 1 à 2 cuillères à café par heure.

Si votre taux de fuite calculé ou mesuré est beaucoup plus élevé, cela pourrait signifier :

• Faces d'étanchéité endommagées
• Mauvaise installation
• Matériaux inappropriés pour votre fluide
• Vibrations excessives ou mauvais alignement

Quand les formules ne fonctionnent pas

Parfois, vous ne pouvez pas calculer le taux de fuite avec précision car :

• Les faces des joints sont endommagées ou usées de manière inégale
• Il n'y a pas de film liquide stable entre les faces
• Le joint est à sec ou semi-sec
• Il existe plusieurs chemins de fuite

Dans ces cas, vous devrez mesurer la fuite réelle ou remplacer le joint.

Mesure du taux de fuite réel

Si vous avez besoin de vérifier vos calculs :

1. Recueillir les fuites sur une période de temps définie
2. Mesurer le volume collecté
3. Calculer le débit = volume / temps

N’oubliez pas de tenir compte de l’évaporation si vous manipulez des fluides volatils.